I. Mô Hình Trồng Nấm Rơm tại HCMUTE Tổng quan
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế và thi công mô hình trồng nấm rơm" tại HCMUTE tập trung vào việc ứng dụng công nghệ hiện đại vào quy trình trồng nấm truyền thống. Đây là một nỗ lực nhằm giải quyết những hạn chế của phương pháp trồng nấm ngoài trời, bao gồm sự ảnh hưởng tiêu cực của thời tiết và năng suất thấp. Mô hình trồng nấm rơm được thiết kế với mục tiêu nâng cao hiệu quả sản xuất, chất lượng sản phẩm và khả năng quản lý từ xa. Đồ án này sử dụng các cảm biến, vi điều khiển ESP32, và nền tảng Firebase để tạo ra một hệ thống tự động hóa, giám sát và điều khiển môi trường trồng nấm một cách hiệu quả. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa các yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất, những yếu tố quyết định đến sự phát triển của nấm rơm. Việc giám sát liên tục và điều chỉnh kịp thời giúp đảm bảo điều kiện lý tưởng cho nấm rơm sạch, chất lượng cao.
1.1 Lý do chọn đề tài
Việt Nam là quốc gia nông nghiệp, nhưng công nghệ sản xuất vẫn còn lạc hậu. Mô hình nhà kính đại diện cho hướng đi nông nghiệp công nghệ cao, giúp khắc phục các điều kiện bất lợi của môi trường, tăng năng suất và chất lượng sản phẩm. Trồng nấm rơm truyền thống chịu ảnh hưởng lớn của thời tiết, dẫn đến năng suất và chất lượng không ổn định. Đề tài này hướng đến việc cải thiện tình trạng này bằng cách áp dụng công nghệ tự động hóa vào quy trình trồng nấm rơm. Nghiên cứu nhằm mục đích tạo ra một hệ thống hiện đại, giúp người nông dân dễ dàng giám sát và điều khiển môi trường trồng nấm, từ đó nâng cao hiệu quả kinh tế. Mô hình kinh doanh nấm rơm cũng được xem xét để đánh giá tiềm năng thương mại của dự án. Nấm rơm hữu cơ và phân bón cho nấm rơm cũng là những vấn đề được quan tâm trong quá trình nghiên cứu.
1.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài này tập trung vào thiết kế và thi công mô hình trồng nấm rơm trong điều kiện phòng thí nghiệm. Thời gian thực hiện là 16 tuần. Công nghệ sử dụng bao gồm vi điều khiển ESP32, cảm biến DHT11, cảm biến độ ẩm đất, và nền tảng Firebase. Hệ thống sẽ tự động điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm không khí và độ ẩm đất dựa trên các giá trị cảm biến. Dữ liệu sẽ được hiển thị trên màn hình LCD và giao diện web Firebase. Người dùng có thể điều khiển hệ thống từ xa thông qua ứng dụng trên điện thoại di động. Kỹ thuật trồng nấm rơm được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả. Chi phí trồng nấm rơm và lợi nhuận trồng nấm rơm được tính toán để đánh giá tính khả thi của mô hình. Sản lượng nấm rơm dự kiến cũng được đưa ra để minh họa hiệu quả của hệ thống.
II. Thiết Kế Hệ Thống Trồng Nấm Rơm
Phần này tập trung vào thiết kế mô hình nhà trồng nấm rơm. Thiết kế nhà trồng nấm rơm bao gồm việc lựa chọn kích thước phù hợp (44x31x31 cm trong đồ án này), vật liệu xây dựng và hệ thống điều khiển. Thiết kế mạch điều khiển trung tâm dựa trên vi điều khiển ESP32. Sơ đồ khối của hệ thống minh họa sự liên kết giữa các thành phần: cảm biến, vi điều khiển, thiết bị điều khiển (quạt, hệ thống phun sương), màn hình LCD và kết nối internet. Tính toán và thiết kế mạch đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và chính xác. Cơ sở lý thuyết về ESP32, IOT, và Firebase được ứng dụng để xây dựng phần mềm điều khiển. Các chuẩn giao tiếp I2C và MQTT được sử dụng để truyền nhận dữ liệu giữa các thành phần. Thiết kế phần mềm bao gồm việc lập trình cho ESP32, thiết kế giao diện web và ứng dụng di động.
2.1 Thiết kế phần cứng
Thiết kế phần cứng bao gồm việc lựa chọn và kết nối các linh kiện điện tử. Vật liệu trồng nấm rơm được xác định dựa trên nghiên cứu về điều kiện sinh trưởng của nấm. Cảm biến DHT11 và cảm biến độ ẩm đất được sử dụng để đo các thông số môi trường. Các thiết bị ngoại vi như quạt, hệ thống phun sương, và đèn được điều khiển bởi relay. Sơ đồ kết nối giữa các thành phần được thiết kế chi tiết để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống. Mạch điều khiển trung tâm được thiết kế trên nền tảng ESP32, đảm bảo khả năng xử lý thông tin và điều khiển các thiết bị ngoại vi một cách chính xác. Thiết kế PCB được thực hiện để đảm bảo tính thẩm mỹ và khả năng bảo trì của hệ thống. Nhà trồng nấm rơm hiện đại được thiết kế tối ưu hóa không gian và thuận tiện cho việc quản lý.
2.2 Thiết kế phần mềm
Thiết kế phần mềm bao gồm việc lập trình cho vi điều khiển ESP32, xây dựng giao diện web trên Firebase và phát triển ứng dụng di động. Arduino IDE được sử dụng để lập trình cho ESP32. Code được viết để đọc dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và điều khiển các thiết bị ngoại vi. Giao diện web trên Firebase cho phép người dùng giám sát các thông số môi trường từ xa. Ứng dụng di động cung cấp khả năng điều khiển hệ thống từ xa một cách thuận tiện. Lưu đồ chương trình được thiết kế rõ ràng để minh họa logic hoạt động của hệ thống. Cấu hình Firebase được thực hiện để đảm bảo tính bảo mật và khả năng truy cập dữ liệu. Phần mềm lập trình được lựa chọn và sử dụng hiệu quả nhằm đạt được mục tiêu của đề tài.
III. Thi Công và Thử Nghiệm
Thi công hệ thống bao gồm việc lắp ráp các thành phần phần cứng, cài đặt phần mềm và thử nghiệm hệ thống. Thi công mạch điều khiển trung tâm được thực hiện cẩn thận để đảm bảo hoạt động ổn định. Thi công và lắp ráp hệ thống hoàn chỉnh theo sơ đồ nguyên lý toàn mạch. Hình ảnh mô hình thực tế được cung cấp để minh họa quá trình thi công. Quá trình điều khiển hệ thống trên điện thoại và hiển thị trên web được kiểm tra kỹ lưỡng. Quá trình vận hành trên phần cứng hệ thống được đánh giá để xác định hiệu quả hoạt động. Kết quả thử nghiệm được phân tích để đánh giá tính chính xác và hiệu quả của hệ thống. Bảng thực nghiệm kết quả chạy thực tế tổng hợp các số liệu thu thập được.
3.1 Quá trình thi công
Thi công hệ thống tuân thủ nghiêm ngặt các bước được mô tả trong thiết kế. Lắp ráp các thành phần phần cứng được tiến hành cẩn thận và chính xác. Kết nối các cảm biến và thiết bị ngoại vi được thực hiện đúng theo sơ đồ. Cài đặt phần mềm trên vi điều khiển ESP32 được thực hiện theo hướng dẫn. Kiểm tra hoạt động của từng thành phần riêng lẻ trước khi kết hợp thành hệ thống hoàn chỉnh. Vẽ mạch in (nếu có) được thực hiện để đảm bảo tính thẩm mỹ và khả năng bảo trì. Quá trình hàn và lắp ráp được thực hiện chính xác để tránh các lỗi kỹ thuật. Tối ưu hóa hệ thống được thực hiện để nâng cao hiệu quả hoạt động và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.
3.2 Kết quả thử nghiệm và đánh giá
Kết quả thử nghiệm được trình bày chi tiết, bao gồm các số liệu đo được từ các cảm biến và phản hồi của hệ thống. Hiệu quả của hệ thống tự động hóa được đánh giá dựa trên khả năng duy trì điều kiện môi trường ổn định cho nấm phát triển. Độ chính xác của hệ thống điều khiển được xác định bằng cách so sánh giữa các giá trị thiết lập và các giá trị đo được. Khả năng giám sát từ xa thông qua ứng dụng di động và giao diện web được kiểm tra và đánh giá. Độ tin cậy của hệ thống được xác định bằng thời gian hoạt động liên tục mà không gặp sự cố. Phân tích kết quả giúp đánh giá tính khả thi và hiệu quả của mô hình trồng nấm rơm được đề xuất. Nhận xét và đề xuất được đưa ra dựa trên kết quả thử nghiệm để hoàn thiện hệ thống trong tương lai.
IV. Kết luận và Hướng Phát Triển
Đồ án đã thành công trong việc thiết kế và thi công mô hình trồng nấm rơm tự động hóa, giám sát và điều khiển từ xa. Hệ thống hoạt động ổn định và đạt được các mục tiêu đề ra. Kết quả đạt được chứng minh tính khả thi của việc ứng dụng công nghệ vào sản xuất nông nghiệp. Nhận xét về hệ thống nhấn mạnh những ưu điểm và hạn chế của mô hình. Đánh giá về hiệu quả kinh tế được đưa ra dựa trên các số liệu thu thập được. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc mở rộng quy mô, tích hợp thêm các tính năng thông minh và ứng dụng công nghệ tiên tiến hơn. Đào tạo trồng nấm rơm và chia sẻ kinh nghiệm sẽ hỗ trợ việc phổ biến rộng rãi mô hình này.
